WO2014098035A1 - 光学素子、光学系及び撮像装置 - Google Patents

光学素子、光学系及び撮像装置 Download PDF

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元志 中山
琢治 野村
健介 小野
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    • G02B13/0015—Miniaturised objectives for electronic devices, e.g. portable telephones, webcams, PDAs, small digital cameras characterised by the lens design
    • G02B13/002—Miniaturised objectives for electronic devices, e.g. portable telephones, webcams, PDAs, small digital cameras characterised by the lens design having at least one aspherical surface
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    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/57—Mechanical or electrical details of cameras or camera modules specially adapted for being embedded in other devices

Definitions

  • the present invention relates to an optical element, an optical system, and an imaging apparatus.
  • an optical aperture, a neutral density (ND) filter, or the like is used to adjust the amount of incident light incident on a lens or the like.
  • Cameras are increasingly installed in mobile phones and mobile terminals, and optical diaphragms are also used in such cameras (for example, Patent Document 1).
  • a typical optical aperture is shown in FIG.
  • the diaphragm 910 is formed in a plate shape with a light shielding material and has an opening 911 formed at the center thereof. Light in the peripheral portion is shielded, and light is transmitted through the central portion where the opening 911 is formed. Is.
  • FIG. 1A is a top view of the diaphragm 910, and FIG.
  • FIG. 1B shows the light transmittance at the one-dot chain line 1A-1B in FIG.
  • the size of mobile phones and mobile terminals has been reduced and the cameras have been downsized.
  • the optical diaphragm used is also reduced in size, in the small optical diaphragm 910, the occurrence of light diffraction around the opening 911 cannot be ignored, and it is difficult to increase the resolution. That is, there has been a demand for a small optical aperture that does not deteriorate the resolution while the number of pixels of the camera is increasing.
  • an optical element that forms such an optical stop has a structure in which the light transmittance of the central portion is high and the light transmittance decreases from the central portion toward the peripheral portion.
  • a filter is disclosed.
  • 2A is a top view of the diaphragm 920 having an opening 921 at the center, and FIG. 2B shows the light transmittance at the one-dot chain line 2A-2B in FIG. 2A. .
  • the optical element when such an optical element is manufactured using a resin material, the optical element may warp in a concave shape or a convex shape.
  • the warped optical element Since the warped optical element is substantially increased in thickness, it becomes a problem especially for mobile phones and mobile terminals that are becoming smaller and thinner.
  • the present invention has been made in view of the above-described problems, and in an optical element in which the light transmittance monotonously decreases from the central part toward the peripheral part, the optical element is formed of a resin material. Even so, an object of the present invention is to provide an optical element with no warpage or little warpage.
  • a part or all of visible light is absorbed by one surface of the transparent substrate.
  • a light absorbing portion whose thickness monotonously increases from the central portion toward the peripheral portion, and a light that is formed of a material that transmits visible light and is laminated on the light absorbing portion.
  • a transparent resin layer formed of a material that transmits visible light on the other surface of the transparent substrate, and the light absorption unit, the light transmission unit, and the transparent resin layer are all made of resin. It is formed of a material.
  • a part of visible light is formed on one surface of the transparent substrate.
  • it is formed of a material that absorbs all, and is formed of a light absorbing portion whose thickness monotonously increases from the central portion toward the peripheral portion, and a material that transmits visible light, and is laminated on the light absorbing portion.
  • a transparent film formed of a material that transmits visible light on the light transmitting portion, and the light absorbing portion and the light transmitting portion are formed of a resin material.
  • the transparent film is made of an inorganic material.
  • visible light is transmitted to one surface of a transparent substrate in an optical element whose light transmittance monotonously decreases from the central portion toward the peripheral portion.
  • a transparent intermediate film formed of a material and a material that absorbs part or all of visible light on the transparent intermediate film, and the thickness increases monotonously from the central portion toward the peripheral portion.
  • a light-absorbing part, and a light-transmitting part that is laminated on the light-absorbing part. The light-absorbing part and the light-transmitting part are formed of a resin material.
  • the transparent intermediate film is made of an inorganic material.
  • an optical element in which light transmittance monotonously decreases from a central portion toward a peripheral portion, which is formed of a resin material and has no warpage or less warpage. be able to.
  • the optical element includes a light absorption unit 20 formed of a material that absorbs visible light and a light transmission unit 30 formed of a material that transmits visible light on a transparent substrate 10. And have. Note that the optical element shown in FIG. 3 has an ideal shape having no warp or the like.
  • the light absorbing portion 20 is formed in a concave shape so that the thickness of the light absorbing portion 20 gradually increases from the central portion toward the peripheral portion.
  • the amount of light transmitted through the light absorbing portion 20 from the central portion toward the peripheral portion can be reduced. Can be gradually reduced. That is, the light transmittance can be gradually reduced from the central portion toward the peripheral portion.
  • the light transmission part 30 is formed so as to fill a concave part in the light absorption part 20.
  • the transparent substrate 10 is made of a transparent resin material that transmits visible light, such as PET (Polyethylene terephthalate).
  • PET Polyethylene terephthalate
  • the optical element is required to be thin. Therefore, in such an optical element, for example, the thickness of the transparent substrate 10 is about 50 ⁇ m, the thickness of the thickest part in the light absorption unit 20 is about 25 ⁇ m, and the thickness of the thinnest part in the light transmission unit 30 is about 5 ⁇ m.
  • the total thickness of the optical element is about 80 ⁇ m.
  • visible light means light in the wavelength range of 420 nm to 780 nm.
  • a mold 40 for forming the light absorbing portion 20 is prepared.
  • the mold 40 is provided with a convex portion 41 having a height of 25 ⁇ m at the central portion.
  • the convex portion 41 has a shape corresponding to the concave shape of the light absorbing portion 20 to be formed.
  • the mold 40 is entirely formed of a material such as nickel, stainless steel, copper, or resin, and NiP plating may be applied to the surface to process a concave shape.
  • the light-absorbing resin material 20a is a photo-curing resin that is cured by irradiating ultraviolet rays, a thermosetting resin that is cured by heat, a thermoplastic resin, or the like, and is a material that absorbs light, such as titanium black and carbon. Black material such as black is included. Below, the case where a photocurable resin is used is demonstrated to an example.
  • the transparent substrate 10 is placed on the dropped light-absorbing resin material 20a.
  • the transparent substrate 10 for example, PET, polycarbonate, olefin resin, glass or the like is used from the viewpoint of thinning, and the thickness is about 30 ⁇ m to 200 ⁇ m, and about 50 ⁇ m is preferable from the viewpoint of workability and thinning. .
  • UV ultraviolet light
  • the light absorbing resin material 20 a is cured, and the light absorbing portion 20 is formed.
  • the ultraviolet-ray according to the hardening conditions of resin suitably.
  • the transparent substrate 10 and the light absorbing unit 20 are released from the mold 40. Thereby, the concave light absorption part 20 is formed on the transparent substrate 10.
  • the formed light absorbing portion 20 includes a material that absorbs light, such as titanium black and carbon black. What is formed in this way is not shown in the drawing, but the transparent substrate 10 is formed such that the surface on the side where the light absorbing portion 20 is formed becomes concave due to curing shrinkage of the light absorbing resin material. May be slightly warped.
  • a light transmissive resin material 30 a is dropped on the concave portion of the light absorbing portion 20.
  • a light transmissive resin material 30a a light curable resin, a thermosetting resin, or a thermoplastic resin that transmits light is used.
  • a light curable resin that is cured by irradiation with ultraviolet rays will be described as an example. .
  • the release substrate 50 is placed on the dropped light transmissive resin material 30a.
  • the release substrate 50 is made of, for example, quartz, and the surface is subjected to a release treatment so that it can be easily peeled off later.
  • As the mold release treatment material there is a method of surface-treating an organic or inorganic substance containing fluorine.
  • ultraviolet rays are irradiated from the release substrate 50. After irradiation with ultraviolet rays, heat treatment such as annealing may be performed as necessary. Thus, by irradiating with ultraviolet rays, as shown in FIG. 6A, the light-transmitting resin material 30a is cured and the light transmitting portion 30 is formed.
  • an optical element is manufactured by releasing the release substrate 50.
  • the total thickness of the optical element thus formed is about 80 ⁇ m.
  • the light absorption unit 20 and the light transmission unit 30 are formed of an ultraviolet curable resin and contract when cured, so that as shown in FIG.
  • the optical element warps so that the surface on which the light transmission part 30 is formed becomes concave. If the optical element is warped in this way, a large area is required for installing the optical element, and therefore, it is not suitable for use in a device that requires downsizing such as a camera module of a mobile phone.
  • both the light-absorbing resin material 20a and the light-transmitting resin material 30a have a shrinkage rate of about 6%.
  • the surface on which the light transmission part 30 is formed is warped in a concave shape having a curvature radius R of 3.3 cm, and is calculated from the curvature radius R.
  • the height difference S on the surface of the optical element in the range of the element outer diameter ⁇ 6 mm was 137 ⁇ m.
  • the radius of curvature R or the height difference S due to the warp of the optical element is determined using a three-dimensional shape measuring instrument (for example, NewView 6200 manufactured by Zygo) using laser or light interference. It is obtained by measuring.
  • the shape of the warp of the optical element can be approximated to a spherical shape
  • the height difference S on the surface and the value of the radius of curvature R are in the relationship of the following equation (1).
  • the diameter r is the diameter of the optical element having the height difference S.
  • the optical element is required to be thin.
  • the sum of the thickness of the optical element and the height difference S on the surface of the optical element is 217 ⁇ m (80 ⁇ m + 137 ⁇ m), which exceeds the original thickness of 80 ⁇ m. Therefore, it is necessary to reduce the height difference S by reducing the warpage.
  • the optical element in the present embodiment includes a light absorbing portion 20 formed of a material that absorbs visible light and a material that transmits visible light on one surface of the transparent substrate 10.
  • the formed light transmission part 30 is laminated and formed.
  • a transparent resin layer 110 is formed of a transparent resin material that transmits light on the other surface of the transparent substrate 10 opposite to the one surface.
  • the light absorbing portion 20 has a concave shape with a recessed central portion, and is formed such that the thickness of the light absorbing portion 20 gradually increases from the central portion toward the peripheral portion.
  • the amount of light transmitted through the light absorbing portion 20 from the central portion toward the peripheral portion can be gradually reduced. That is, the light transmittance can be gradually reduced from the central portion toward the peripheral portion.
  • the light absorbing portion 20 is formed by adding an absorbing material that absorbs light to a transparent resin material that transmits light.
  • the liquid light-absorbing resin material 20a which will be described later, used to form the light-absorbing portion 20 includes those in which an absorbing material is added to a transparent resin material.
  • Absorbent materials include anthraquinone, phthalocyanine, benzimidazolone, quinacridone, azo chelate, azo, isoindolinone, pyranthrone, indanthrone, anthrapyrimidine, dibromoanthanthrone, flavanthrone , Perylene, perinone, quinophthalone, thioindigo, dioxazine, aniline black, nigrosine black and other organic dyes and pigments, metal nanoparticles using gold, silver, copper, tin, nickel, palladium and their alloys
  • Titanium black is a compound of low-order titanium oxide represented by TiNxOy (0 ⁇ x ⁇ 1.5 and 0.16 ⁇ y ⁇ 2) or (1.0 ⁇ x + y ⁇ 2.0 and 2x ⁇ y)
  • the particles can be easily obtained.
  • the average particle size of the titanium black particles used in the present embodiment is preferably 100 nm or less, and more preferably 30 nm or less.
  • the particle size of the dispersion is the number average particle size of 100 particles in a TEM photograph obtained by photographing a 100,000 times enlarged image of titanium black particles contained in an organic solvent with a transmission electron microscope (TEM). Means.
  • a dispersant when particles are used, a dispersant may be used, and the same applies to titanium black.
  • the dispersing agent is used for dispersing uniformly in the resin.
  • Dispersants include polymer dispersants (alkyl ammonium and its salts, alkylol ammonium salts of copolymers having acid groups, hydroxyl group-containing carboxylic acid esters, carboxylic acid-containing copolymers, amide group-containing copolymers, pigments Derivatives and silane coupling agents).
  • a functional group or a polymerizable functional group that interacts with the resin may be present in the molecule of the dispersant. Moreover, these may be used independently and may be used in combination of 2 or more types.
  • the proportion of titanium black added to the transparent resin material is preferably 0.3% by mass or more and 15% by mass or less, and more preferably 0.5% by mass to 13% by mass. This corresponds to an OD value at 10 ⁇ m of 0.2 or more and 4.0 or less. If it is less than 0.3% by mass, a film thickness of 100 ⁇ m or more is required to develop a desired transmittance, and molding may be very difficult. On the other hand, if it is greater than 15% by mass, the reduction in transmittance per unit film thickness becomes large, so that it is essential that the remaining film is almost zero in the central portion, which makes production difficult.
  • titanium black In addition to titanium black, other materials may be added. In particular, since carbon black has a monotonous decrease in transmittance from 800 nm to 380 nm and exhibits characteristics opposite to those of titanium black, the wavelength dependency of the transmittance can be reduced by combining the two.
  • Transparent resin material Transparent resin materials include thermoplastic resins such as polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN), polybutylene terephthalate (PBT), polycarbonate (PC), cycloolefin (COP), polyimide (PI), and polyether.
  • Thermosetting resins such as imide (PEI), polyamide (PA), and polyamideimide (PAI), and energy ray curable resins such as acrylic and epoxy can be used.
  • an absorbing material may be added at the stage of a polymerization precursor compound (hereinafter also referred to as a polymerizable compound) such as an oligomer or a monomer, and then cured.
  • a polymerizable compound such as an oligomer or a monomer
  • energy beam curable resins are preferably used.
  • a polymerizable compound can be used without particular limitation as long as it is a component that is cured by a polymerization reaction to form a cured product.
  • a radical polymerization type curable resin, a cationic polymerization type curable resin, and a radical polymerization type curable compound (monomer) can be used without particular limitation.
  • Radical polymerization type curable resins include (meth) acryloyloxy groups, (meth) acryloylamino groups, (meth) acryloyl groups, allyloxy groups, allyl groups, vinyl groups, vinyloxy groups and other carbon-carbon unsaturated doubles. Examples thereof include a resin having a group having a bond.
  • the polymerizable compound is not particularly limited, but ethoxylated o-phenylphenol acrylate, 2- (perfluorohexyl) ethyl methacrylate, cyclohexyl (meth) acrylate, and isobonyl (meth).
  • the polymeric compound may contain the 1 type (s) or 2 or more types.
  • cohesive failure may occur at the time of mold release after molding. Therefore, it is preferable to include a bifunctional or higher polyfunctional compound.
  • the polyfunctional compound in the polymerizable compound group is preferably 1% by mass or more and 90% by mass or less, and more preferably 10% by mass or more and 80% by mass or less.
  • the amount of the polyfunctional compound is less than 1% by mass, the effect of improving the cohesive failure is insufficient, and when it exceeds 90% by mass, shrinkage after polymerization may be a serious problem.
  • a polymerizable compound that causes a ring-opening reaction such as an epoxy group can also be used.
  • a polymerizable compound that causes a ring-opening reaction such as an epoxy group
  • a bifunctional or higher polyfunctional compound since a monofunctional compound alone may cause cohesive failure at the time of mold release after molding, it is preferable to include a bifunctional or higher polyfunctional compound.
  • the polyfunctional compound in the polymerizable compound group is preferably 1% by mass or more and 90% by mass or less, and more preferably 10% by mass or more and 80% by mass or less.
  • the light transmission part 30 is formed of the transparent resin material described above.
  • the liquid light-transmitting resin material 30a which will be described later, used to form the light transmitting portion 30 includes the above-described transparent resin material.
  • the transparent resin layer 110 is formed of an unsaturated polyester-based, urethane-acrylate-based, epoxy-acrylate-based, or polyester-acrylate-based photocurable resin that cures when irradiated with ultraviolet rays. .
  • the transparent resin layer 110 may be a hard coat layer for protecting the surface of the transparent substrate 10 from scratches.
  • the material for forming the hard coat layer is preferably formed of a material harder than the material forming the transparent substrate 10, and pencil hardness (JIS-K-5600, JIS-K-5400). Is preferably H or more.
  • the material for forming the hard coat layer is preferably an acrylic UV curable resin, an acrylic resin in which inorganic fine particles are dispersed, or the like.
  • the transparent resin layer 110 may be an antireflection film (AR coat). Specifically, it may be a film formed of a transparent resin material having a low refractive index, or a multilayer film formed by laminating resin materials having different refractive indexes.
  • AR coat antireflection film
  • the transparent resin layer 110 may be an antistatic film (antistatic coating). Specifically, it may be a film formed by applying an ion conductive antistatic agent such as a long-chain alkyl compound having a sulfonate group or a polymer having a nitrogen atom ionized in the main chain. Moreover, the film
  • the transparent resin layer 110 is applied by a coating method such as spray coating, dipping, roll coating, die coating, spin coating, reverse coating, gravure coating, wire bar coating, or gravure printing, screen printing, offset printing, inkjet printing. After printing by a printing method such as the above, it may be formed by ultraviolet irradiation or heating.
  • a coating method such as spray coating, dipping, roll coating, die coating, spin coating, reverse coating, gravure coating, wire bar coating, or gravure printing, screen printing, offset printing, inkjet printing.
  • optical element manufacturing method Next, a method for manufacturing the optical element in the present embodiment will be described with reference to FIGS.
  • a transparent resin layer 110 is formed on the other surface of the transparent substrate 10.
  • a resin material for forming the transparent resin layer 110 is applied to the other surface of the transparent substrate 10 and cured. By curing the resin material in this way, curing shrinkage occurs, and the transparent substrate 10 warps so that the other surface on which the transparent resin layer 110 is formed is concave.
  • a 2 ⁇ m hard coat layer is formed as the transparent resin layer 110, whereby the surface on which the transparent resin layer 110 is formed on the optical element has a curvature radius R of 9.135 cm. The surface warps into a concave shape.
  • the height difference S on the surface of the optical element having a diameter of 6 mm calculated from the curvature radius R is about 49 ⁇ m.
  • a PET film having a thickness of about 50 ⁇ m is used as the transparent substrate 10.
  • a mold 40 for forming the light absorbing portion 20 is prepared.
  • the mold 40 is provided with a convex portion 41 having a height of 25 ⁇ m at the central portion.
  • the convex portion 41 has a shape corresponding to the concave shape of the light absorbing portion 20 to be formed.
  • the mold 40 is entirely formed of a material such as nickel, stainless steel, copper, or resin, and NiP plating may be applied to the surface to process a concave shape.
  • the light-absorbing resin material 20a is a photo-curing resin that is cured by irradiating ultraviolet rays, a thermosetting resin that is cured by heat, a thermoplastic resin, or the like, and is a material that absorbs light, such as titanium black and carbon. Black material such as black is included. Below, the case where a photocurable resin is used is demonstrated to an example.
  • the transparent substrate 10 is placed on the dropped light-absorbing resin material 20a.
  • the transparent substrate 10 is placed such that one surface opposite to the other surface on which the transparent resin layer 110 is formed is on the side of the dropped light absorbing resin material 20a.
  • the transparent substrate 10 for example, PET, polycarbonate, olefin resin, glass or the like is used from the viewpoint of thinning, and the thickness is about 30 ⁇ m to 200 ⁇ m, and about 50 ⁇ m is preferable from the viewpoint of workability and thinning. .
  • an ultraviolet-ray (UV) is irradiated, the light absorptive resin material 20a is hardened, and the light absorption part 20 is formed.
  • UV ultraviolet-ray
  • the light absorptive resin material 20a is hardened, and the light absorption part 20 is formed.
  • the hardening conditions of resin suitably.
  • the transparent substrate 10 and the light absorbing portion 20 are released from the mold 40. Thereby, the concave light absorption part 20 is formed on the transparent substrate 10.
  • the formed light absorbing portion 20 includes a material that absorbs light, such as titanium black and carbon black. What is formed in this way is not shown in the figure, but the transparent substrate 10 is formed such that the surface on the side where the light absorbing portion 20 is formed becomes convex due to curing shrinkage of the light absorbing resin material. May be slightly warped.
  • the light transmissive resin material 30a is dropped onto the concave portion of the light absorbing portion 20.
  • a light curable resin, a thermosetting resin, or a thermoplastic resin that transmits light is used as the light transmissive resin material 30a.
  • a light curable resin that is cured by irradiation with ultraviolet rays will be described as an example. .
  • the release substrate 50 is placed on the dropped light-transmitting resin material 30a.
  • the release substrate 50 is made of, for example, quartz, and the surface is subjected to a release treatment so that it can be easily peeled off later.
  • As the mold release treatment material there is a method of surface-treating an organic or inorganic substance containing fluorine.
  • the release substrate 50 is irradiated with ultraviolet rays. After irradiation with ultraviolet rays, heat treatment such as annealing may be performed as necessary.
  • the light transmissive resin material 30a is cured and the light transmissive portion 30 is formed as shown in FIG.
  • the optical element is manufactured by releasing the release substrate 50.
  • the total thickness of the optical element thus formed is about 82 ⁇ m.
  • the light absorbing part 20 and the light transmitting part 30 are formed of one side of the optical element with an ultraviolet curable resin, and shrinks when cured.
  • the transparent resin layer 110 is formed on the other surface by an ultraviolet curable resin, so that it is offset by the stress generated thereby.
  • An optical element having no warp as shown in FIG. 8 or an optical element having a small warp can be obtained.
  • a transparent resin layer similar to the transparent resin layer 110 may be formed on the light transmission part 30 by the same method from the viewpoint of protection of the optical element, antireflection, and antistatic, but warpage. From the viewpoint of this, the warp of the optical element is increased, which is not preferable.
  • the optical element in this embodiment is suitable for use in a camera module of a mobile phone.
  • the light-absorbing resin material 20a and the light-transmitting resin material 30a are both those having a shrinkage rate of 6%.
  • R is the radius of curvature
  • E Young's modulus of the substrate
  • gamma is Poisson's ratio of the substrate
  • t s is the thickness of the substrate
  • t f is the thickness of the film formed on the substrate
  • ⁇ is a stress.
  • Equation 1 are those established in the case of t f ⁇ t s, the stress ⁇ is stress when the film thickness of a film formed of a resin material is thin. It is considered that the shrinkage stress in the whole film formed of the resin material is proportional to the shrinkage rate in the resin material and proportional to the film thickness of the film formed of the resin material. Accordingly, the relationship between these and the radius of curvature R is the relationship of R ⁇ 1 / (shrinkage rate of the resin material) and R ⁇ 1 / (film thickness of the film formed of the resin material). Therefore, when a film is formed on both surfaces of the substrate with a resin material, the stress generated by each film is canceled out, so that the warpage is also canceled out.
  • the substrate is the transparent substrate 10
  • the light absorbing portion 20 and the light transmitting portion 30 are formed on one surface of the transparent substrate 10
  • the transparent resin layer 110 is formed on the other surface
  • the light is applied to one surface of the transparent substrate 10.
  • the radius of curvature R due to the warpage in the transparent substrate 10 is expressed by the equation (2).
  • the radius of curvature R 1 when the radius of curvature R 1 is 3.3 cm and the radius of curvature R 2 is 9.135, the radius of curvature R is 5 from the equation shown in Equation 2. .166 cm.
  • the height difference S is 87.1 ⁇ m. Therefore, in this optical element, the sum of the thickness of the optical element and the height difference S on the surface of the optical element is 169.1 ⁇ m, and the sum of the thickness of the optical element and the height difference S on the surface of the optical element is about 20 % Can be reduced.
  • the absolute value of the residual stress due to the light absorbing portion 20 and the light transmitting portion 30 is Z1
  • the transparent resin layer 110 When the absolute value of the residual stress is Z2, it is required that the following equations (2) and (3) are satisfied.
  • the optical element of the present embodiment is warped such that the surface on which the transparent resin layer 110 is formed becomes concave, and the transparent resin layer 110 is formed. If not, the warp is opposite to the warp direction of the optical element. From the viewpoint of reducing warpage, there is no problem even if the warping direction of the optical element is reversed, but it is preferable to reduce warpage with a small residual stress and to approach a flat state without warping. It is preferable that the range of the formula shown in (2) and (5) below is satisfied.
  • the sum of the film thickness of the light absorption part 20 and the light transmission part 30 is t1
  • the film thickness of the transparent resin layer 110 is t2
  • the resin material forming the light absorption part 20 and the light transmission part 30 is S1
  • the shrinkage rate of the resin material forming the transparent resin layer 110 is S2
  • the shrinkage stress in the entire film formed of the resin material is equal to the shrinkage rate in the resin material. Since it is considered to be proportional to the film thickness of the film formed of the resin material, the equation shown in the following (6) can be derived from the equation shown in the above (2).
  • the following equation (7) can be derived from the equation shown in 5).
  • the shrinkage rate in the acrylic resin is generally 2 to 2. 10%. Therefore, S1 and S2 are considered to be 2 to 10%.
  • the resin material used for forming the light absorbing portion 20, the light transmitting portion 30, and the transparent resin layer 110 is an acrylic resin
  • the relationship between t1 and t2 is the widest when It becomes a formula shown in the following (14).
  • symbol in the column of curvature amount is a curvature by which the surface in which the light absorption part 20 and the light transmissive part 30 are formed becomes concave, when a code
  • Example 1 The optical element in Example 1 corresponds to a comparative example, and the light absorbing portion 20 and the light transmitting portion 30 are formed on one surface of the transparent substrate 10, but the transparent resin layer 110 is formed on the other surface. Is an optical element in which is not formed. Specifically, the light absorbing portion 20 and the light transmitting portion 30 having a thickness t1 of 30 ⁇ m are formed on one surface of the transparent substrate 10 formed of PET having a thickness of 50 ⁇ m. An optical element in which a transparent resin layer is not formed. The warp amount at ⁇ 6 mm of the optical element in Example 1 was 137 ⁇ m. In the optical element in Example 1, Lumirror U32 (manufactured by Toray Industries, Inc.) was used as the substrate to be the transparent substrate 10.
  • Lumirror U32 manufactured by Toray Industries, Inc.
  • Example 2 The optical element in Example 2 corresponds to the example in the present embodiment, and the light absorbing portion 20 and the light transmitting portion 30 are formed on one surface of the transparent substrate 10, and the transparent resin is formed on the other surface.
  • This is an optical element in which a transparent resin layer 110 having a thickness t2 of 5 ⁇ m is formed. Therefore, the value of t2 / t1 is 0.17.
  • the warp amount at ⁇ 6 mm of the optical element in Example 2 was 41 ⁇ m, and the warp reduction amount with respect to the optical element in Example 1 was 70%.
  • a KB film 50G1SBF manufactured by Kimoto Co., Ltd.
  • a transparent resin layer 110 that functions as a hard coat is formed on the other surface of the transparent substrate 10.
  • the warpage of this substrate alone at ⁇ 6 mm was ⁇ 97 ⁇ m, and the radius of curvature was 4.7 cm.
  • Example 3 The optical element in Example 3 corresponds to the example in the present embodiment, and the light absorbing portion 20 and the light transmitting portion 30 are formed on one surface of the transparent substrate 10, and the transparent resin is formed on the other surface.
  • This is an optical element in which a transparent resin layer 110 having a thickness t2 of 1 ⁇ m is formed. Therefore, the value of t2 / t1 is 0.03.
  • the warp amount at ⁇ 6 mm of the optical element in Example 3 was 44 ⁇ m, and the warp reduction amount with respect to the optical element in Example 1 was 68%.
  • LR50-WC manufactured by Oike Kogyo Co., Ltd.
  • a transparent resin layer 110 that functions as an antireflection film is formed on the other surface of the transparent substrate 10. .
  • the warpage of this substrate alone at ⁇ 6 mm was ⁇ 93 ⁇ m, and the radius of curvature was 4.8 cm.
  • Example 4 The optical element in Example 4 corresponds to the example in the present embodiment, in which the light absorbing portion 20 and the light transmitting portion 30 are formed on one surface of the transparent substrate 10, and the transparent resin is formed on the other surface.
  • This is an optical element in which a transparent resin layer 110 having a thickness t2 of 2 ⁇ m is formed. Therefore, the value of t2 / t1 is 0.07.
  • the warp amount at ⁇ 6 mm of the optical element in Example 4 was 88 ⁇ m, and the warp reduction amount with respect to the optical element in Example 1 was 36%.
  • a film made by Toyo Packaging Co., Ltd. is used, and a transparent resin layer 110 that functions as a hard coat is formed on the other surface of the transparent substrate 10.
  • the warpage of this single substrate at ⁇ 6 mm was ⁇ 49 ⁇ m, and the radius of curvature was 9.135 cm.
  • optical elements in Examples 2 to 4 that are the optical elements in the present embodiment all satisfy the condition of the expression shown in (14) described above, and reduce the amount of warpage in the optical elements. be able to.
  • the optical element in the present embodiment is formed on one surface of the transparent substrate 10 with a light absorbing portion 20 formed of a material that absorbs visible light and a material that transmits visible light.
  • the light transmission part 30 is laminated, and a transparent film 120 having a compressive stress is formed on the light transmission part 30.
  • the transparent film 120 has, for example, an antireflection film, a hard coat function for protecting the surface from scratches, an antistatic function or the like, and is formed by film formation by vacuum deposition or sputtering. .
  • the transparent film 120 is made of a material that transmits visible light, and includes SiO 2 (silicon oxide), Ta 2 O 5 (tantalum pentoxide), TiO 2 (titanium oxide), ZrO 2 (zirconia), HfO 2 ( It is made of an inorganic material such as hafnium oxide) or MgF 2 (magnesium fluoride).
  • SiO 2 silicon oxide
  • Ta 2 O 5 tantalum pentoxide
  • TiO 2 titanium oxide
  • ZrO 2 zirconia
  • HfO 2 It is made of an inorganic material such as hafnium oxide) or MgF 2 (magnesium fluoride).
  • the transparent film 120 is formed of a film containing SiO 2 or SiO 2 , compressive stress is likely to occur in the transparent film 120.
  • the transparent film 120 is an antireflection film, two types of materials having different refractive indexes among the above materials are alternately stacked.
  • it is formed of a conductive material such as t
  • the transparent film 120 having a compressive stress can be formed by the film forming conditions in vacuum vapor deposition or sputtering and the material for forming the transparent film 120.
  • the transparent film 120 since the transparent film 120 has a compressive stress, it cancels out the tensile stress in the light absorption part 20 and the light transmission part 30, and forms an optical element with no warp or an optical element with little warp. be able to.
  • optical element manufacturing method Next, a method for manufacturing the optical element in the present embodiment will be described with reference to FIGS.
  • a mold 40 for forming the light absorbing portion 20 is prepared.
  • the mold 40 is provided with a convex portion 41 having a height of 25 ⁇ m at the central portion.
  • the convex portion 41 has a shape corresponding to the concave shape of the light absorbing portion 20 to be formed.
  • the mold 40 is entirely formed of a material such as nickel, stainless steel, copper, or resin, and NiP plating may be applied to the surface to process a concave shape.
  • the light-absorbing resin material 20a is a photo-curing resin that is cured by irradiating ultraviolet rays, a thermosetting resin that is cured by heat, a thermoplastic resin, or the like, and is a material that absorbs light, such as titanium black and carbon. Black material such as black is included. Below, the case where a photocurable resin is used is demonstrated to an example.
  • the transparent substrate 10 is placed on the dropped light-absorbing resin material 20a.
  • the transparent substrate 10 for example, PET, polycarbonate, olefin resin, glass or the like is used from the viewpoint of thinning, and the thickness is about 30 ⁇ m to 200 ⁇ m, and about 50 ⁇ m is preferable from the viewpoint of workability and thinning. .
  • UV light ultraviolet light
  • the light absorbing resin material 20 a is cured, and the light absorbing portion 20 is formed.
  • the ultraviolet-ray according to the hardening conditions of resin suitably.
  • the transparent substrate 10 and the light absorbing unit 20 are released from the mold 40. Thereby, the concave light absorption part 20 is formed on the transparent substrate 10.
  • the formed light absorbing portion 20 includes a material that absorbs light, such as titanium black and carbon black. What is formed in this way is not shown in the drawing, but the transparent substrate 10 is formed such that the surface on the side where the light absorbing portion 20 is formed becomes concave due to curing shrinkage of the light absorbing resin material. May be slightly warped.
  • a light transmissive resin material 30a is dropped onto the concave portion of the light absorbing portion 20.
  • a light transmissive resin material 30a a light curable resin, a thermosetting resin, or a thermoplastic resin that transmits light is used.
  • a light curable resin that is cured by irradiation with ultraviolet rays will be described as an example. .
  • the release substrate 50 is placed on the dropped light transmissive resin material 30a.
  • the release substrate 50 is made of, for example, quartz, and the surface is subjected to a release treatment so that it can be easily peeled off later.
  • As the mold release treatment material there is a method of surface-treating an organic or inorganic substance containing fluorine.
  • ultraviolet rays are irradiated from the release substrate 50. After irradiation with ultraviolet rays, heat treatment such as annealing may be performed as necessary.
  • the light-transmitting resin material 30a is cured and the light transmitting portion 30 is formed as shown in FIG. 15 (a).
  • the optical element is manufactured by releasing the release substrate 50.
  • the transparent substrate 10 is warped so that the surface on which the light transmission part 30 is formed is concave.
  • the transparent film 120 is formed by alternately laminating silicon oxide and titanium oxide for each predetermined thickness on the light transmitting portion 30 by sputtering or the like.
  • An antireflection film is formed. Since the antireflection film, which is the transparent film 120 formed in this way, has a compressive stress, it cancels out the tensile stress in the light absorbing portion 20 and the light transmitting portion 30, and there is no warping optical element or warping. There are few optical elements.
  • the optical element in the present embodiment has a transparent intermediate film 130 formed on one surface of the transparent substrate 10 by a material that transmits visible light.
  • a light absorbing portion 20 formed of a material that absorbs visible light and a light transmitting portion 30 formed of a material that transmits visible light are stacked.
  • the transparent intermediate film 130 has a compressive stress, and is formed of, for example, SiO 2 (silicon oxide) formed by film formation by vacuum deposition or sputtering.
  • the transparent intermediate film 130 may be made of a material that forms the transparent film 120 of the second embodiment.
  • the transparent intermediate film 130 since the transparent intermediate film 130 has a compressive stress, it cancels out the tensile stress in the light absorbing part 20 and the light transmitting part 30, and the optical element without warping or warping. It is possible to form an optical element with less.
  • optical element manufacturing method Next, a method for manufacturing the optical element in the present embodiment will be described with reference to FIGS.
  • a transparent intermediate film 130 is formed on one surface of the transparent substrate 10.
  • the transparent intermediate film 130 is formed by depositing silicon oxide on one surface of the transparent substrate 10 by sputtering or the like. Since the transparent intermediate film 130 formed in this way has compressive stress, the transparent substrate 10 warps so that the surface on which the transparent intermediate film 130 is formed has a convex shape.
  • the transparent substrate 10 for example, PET, polycarbonate, olefin resin, glass, etc. are used from the viewpoint of thinning, and the thickness is about 30 ⁇ m to 200 ⁇ m, and about 50 ⁇ m from the viewpoint of workability and thinning. Is preferred.
  • a mold 40 for forming the light absorbing portion 20 is prepared.
  • the mold 40 is provided with a convex portion 41 having a height of 25 ⁇ m at the central portion.
  • the convex portion 41 has a shape corresponding to the concave shape of the light absorbing portion 20 to be formed.
  • the mold 40 is entirely formed of a material such as nickel, stainless steel, copper, or resin, and NiP plating may be applied to the surface to process a concave shape.
  • the light-absorbing resin material 20a is a photo-curing resin that is cured by irradiating ultraviolet rays, a thermosetting resin that is cured by heat, a thermoplastic resin, or the like, and is a material that absorbs light, such as titanium black and carbon. Black material such as black is included. Below, the case where a photocurable resin is used is demonstrated to an example.
  • the side of the light absorbing resin material 20a on which one surface on which the transparent intermediate film 130 is formed is dropped on the dropped light absorbing resin material 20a.
  • the transparent substrate 10 is placed so that
  • UV ultraviolet light
  • the transparent substrate 10 is placed to cure the light-absorbing resin material 20a, thereby forming the light-absorbing portion 20.
  • UV ultraviolet light
  • the hardening conditions of resin suitably.
  • the transparent substrate 10 and the light absorbing portion 20 are released from the mold 40. Thereby, the concave light absorption part 20 is formed on the transparent substrate 10.
  • the formed light absorbing portion 20 includes a material that absorbs light, such as titanium black and carbon black. What is formed in this way is not shown in the figure, but the transparent substrate 10 is formed such that the surface on the side where the light absorbing portion 20 is formed becomes convex due to curing shrinkage of the light absorbing resin material. May be slightly warped.
  • a light-transmitting resin material 30a is dropped onto the concave portion of the light absorbing portion 20.
  • a light transmissive resin material 30a a light curable resin, a thermosetting resin, or a thermoplastic resin that transmits light is used.
  • a light curable resin that is cured by irradiation with ultraviolet rays will be described as an example. .
  • the release substrate 50 is placed on the dropped light-transmitting resin material 30a.
  • the release substrate 50 is made of, for example, quartz, and the surface is subjected to a release treatment so that it can be easily peeled off later.
  • As the mold release treatment material there is a method of surface-treating an organic or inorganic substance containing fluorine.
  • the release substrate 50 is irradiated with ultraviolet rays. After irradiation with ultraviolet rays, heat treatment such as annealing may be performed as necessary.
  • the light-transmitting resin material 30a is cured and the light transmitting portion 30 is formed.
  • the optical element in the present embodiment is manufactured by releasing the release substrate 50.
  • compressive stress is generated in the transparent intermediate film 130 formed on one surface of the transparent substrate 10, so that it cancels out the tensile stress in the light absorbing portion 20 and the light transmitting portion 30.
  • an optical element without warping or an optical element with little warping is obtained.
  • the present embodiment is an imaging device using the optical element in the first to third embodiments.
  • the imaging device in this embodiment is an imaging device mounted on an electronic device having a portable communication function such as a smartphone or a mobile phone.
  • the imaging device is mounted as a main camera 211 or a sub camera 212 in the smartphone 210.
  • the main camera 211 is mounted on the surface of the smartphone 210 opposite to the surface on which the display screen 213 is provided
  • the sub camera 212 is mounted on the surface on which the display screen 213 is provided.
  • 20A is a perspective view on the back side of the smartphone 210
  • FIG. 20B is a perspective view on the display screen 213 side of the smartphone 210.
  • the main camera 211 and the sub camera 212 which are image pickup apparatuses in the present embodiment include an optical system 220, an autofocus unit 231, an image sensor 232 which is an image pickup element, a substrate 233, a flexible substrate 234, and the like. have.
  • the optical system 220 is mounted on the autofocus unit 231.
  • the autofocus unit 231 controls the movement of the optical system 220 to perform an autofocus operation.
  • the image sensor 232 that is an imaging element is formed by a CMOS sensor or the like, and the image sensor 232 detects an image by light incident through the optical system 220.
  • the optical system 220 includes an optical element 200, a first lens 221, a second lens 222, a third lens 223, a fourth lens 224, an infrared ray cut in the first embodiment.
  • a filter 225 is included.
  • the light incident from the optical element 200 passes through the first lens 221, the second lens 222, the third lens 223, the fourth lens 224, and the infrared cut filter 225 to the image sensor 232. Incident.

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Abstract

　中心部分から周辺部分に向かって、光の透過率が単調に減少する光学素子において、透明基板の一方の面に、可視光の一部または全部を吸収する材料により形成されており、中心部分から周辺部分に向かって厚さが単調に増加する光吸収部と、可視光を透過する材料により形成されており、前記光吸収部に積層されている光透過部と、前記透明基板の他方の面に、可視光を透過する材料により形成された透明樹脂層と、を有し、前記光吸収部、前記光透過部及び前記透明樹脂層は、すべて樹脂材料により形成されていることを特徴とする光学素子を提供することにより上記課題を解決する。

Description

光学素子、光学系及び撮像装置
　本発明は、光学素子、光学系及び撮像装置に関する。
　カメラ等の光学機器においては、レンズ等に入射する入射光の光量を調節するため、光学絞りや減光（ＮＤ：Neutral　Density）フィルタ等が用いられている。携帯電話や携帯端末などにもカメラの搭載が進み、このようなカメラにも光学絞りが使用されている（例えば、特許文献１）。通常の光学絞りを図１に示す。絞り９１０は、遮光材料により板状に形成されたものの中心部分に開口部９１１を形成したものであり、周辺部分の光は遮光され、開口部９１１の形成されている中心部分において光が透過するものである。図１（ａ）は、絞り９１０の上面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）の一点鎖線１Ａ－１Ｂにおける光の透過率を示す。最近は携帯電話や携帯端末の小型化や薄型化によりカメラも小型化している。そのため、使われる光学絞りも小型化しているが、小型の光学絞り９１０では、開口部９１１の周囲において光の回折の発生が無視できなくなっており、解像度を高めることが困難となっている。すなわち、カメラの高画素化が進む一方で、解像度を劣化させない小型の光学絞りが求められていた。
特開平１１－２３１２０９号公報 特開２０１１－２２１１２０号公報 特許第４４２８９６１号公報
　このような光学絞りとなる光学素子としては、図２に示されるように、中心部分の光の透過率が高く、中心部分から周辺部分に向かって光の透過率が減少している構造のアポダイゼーションフィルターが開示されている。なお、図２（ａ）は、中心部分に開口部９２１を有する絞り９２０の上面図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）の一点鎖線２Ａ－２Ｂにおける光の透過率を示す。
　ところで、このような光学素子を、樹脂材料を用いて製造する場合、光学素子が凹状又は凸状に反ってしまう場合がある。
　反った光学素子は実質的に厚みが増すため、特に小型化、薄型化が進む携帯電話や携帯端末には問題になる。
　本発明は、上述のような課題を鑑みてなされたものであり、中心部分より周辺部分に向かって光の透過率が単調に減少する光学素子において、樹脂材料により光学素子が形成されている場合であっても、反りのない、もしくは反りの小さい光学素子を提供することを目的とする。
　本実施の形態の一観点によれば、中心部分から周辺部分に向かって、光の透過率が単調に減少する光学素子において、透明基板の一方の面に、可視光の一部または全部を吸収する材料により形成されており、中心部分から周辺部分に向かって厚さが単調に増加する光吸収部と、可視光を透過する材料により形成されており、前記光吸収部に積層されている光透過部と、前記透明基板の他方の面に、可視光を透過する材料により形成された透明樹脂層と、を有し、前記光吸収部、前記光透過部及び前記透明樹脂層は、すべて樹脂材料により形成されていることを特徴とする。
　また、本実施の形態の他の一観点によれば、中心部分から周辺部分に向かって、光の透過率が単調に減少する光学素子において、透明基板の一方の面に、可視光の一部または全部を吸収する材料により形成されており、中心部分から周辺部分に向かって厚さが単調に増加する光吸収部と、可視光を透過する材料により形成されており、前記光吸収部に積層されている光透過部と、前記光透過部の上に、可視光を透過する材料により形成された透明膜と、を有し、前記光吸収部及び前記光透過部は、樹脂材料により形成されており、前記透明膜は、無機材料により形成されていることを特徴とする。
　また、本実施の形態の他の一観点によれば、中心部分から周辺部分に向かって、光の透過率が単調に減少する光学素子において、透明基板の一方の面に、可視光を透過する材料により形成された透明中間膜と、前記透明中間膜の上に、可視光の一部または全部を吸収する材料により形成されており、中心部分から周辺部分に向かって厚さが単調に増加する光吸収部と、可視光を透過する材料により形成されており、前記光吸収部に積層されている光透過部と、を有し、前記光吸収部及び前記光透過部は、樹脂材料により形成されており、前記透明中間膜は、無機材料により形成されていることを特徴とする。
　本発明により、中心部分より周辺部分に向かって光の透過率が単調に減少する光学素子において、樹脂材料により形成されているものであって、反りのない、または反りの少ない光学素子を提供することができる。
絞りの説明図 アポダイズドフィルタの説明図 理想とする光学素子の構造図 図３に示される光学素子の製造方法の工程図（１） 図３に示される光学素子の製造方法の工程図（２） 図３に示される光学素子の製造方法の工程図（３） 実際に作製される光学素子の構造図 第１の実施の形態における光学素子の構造図 第１の実施の形態における光学素子の製造方法の工程図（１） 第１の実施の形態における光学素子の製造方法の工程図（２） 第１の実施の形態における光学素子の製造方法の工程図（３） 第２の実施の形態における光学素子の構造図 第２の実施の形態における光学素子の製造方法の工程図（１） 第２の実施の形態における光学素子の製造方法の工程図（２） 第２の実施の形態における光学素子の製造方法の工程図（３） 第３の実施の形態における光学素子の構造図 第３の実施の形態における光学素子の製造方法の工程図（１） 第３の実施の形態における光学素子の製造方法の工程図（２） 第３の実施の形態における光学素子の製造方法の工程図（３） 第４の実施の形態における撮像装置が搭載されるスマートフォンの説明図 第４の実施の形態における撮像装置の説明図 第４の実施の形態における撮像装置の光学系の説明図
　〔第１の実施の形態〕
　実施するための形態について、以下に説明する。なお、同じ部材等については、同一の符号を付して説明を省略する。
　（光学素子の反り）
　最初に、中心部分より周辺部分に向かって光の透過率が徐々に減少する光学素子であるいわゆるアポダイズドフィルタについて説明する。この光学素子は、図３に示されるように、透明基板１０の上に、可視光を吸収する材料により形成された光吸収部２０と、可視光を透過する材料により形成された光透過部３０とを有している。なお、図３に示される光学素子は、反り等を有していない理想の形状のものを示している。
　光吸収部２０は、凹状に形成されており、光吸収部２０の厚さが中心部分から周辺部分に向かって徐々に増加するように形成されている。このように、中心部分から周辺部分に向けて光吸収部２０の厚さが徐々に厚くなるように形成することにより、中心部分から周辺部分に向けて光吸収部２０を透過する光の光量を徐々に減少させることができる。即ち、中心部分より周辺部分に向かって光の透過率を徐々に減少させることができる。
　光透過部３０は、光吸収部２０において凹状に形成されている部分を埋めるように形成されている。また、透明基板１０は、ＰＥＴ（Polyethylene　terephthalate）等の可視光を透過する透明な樹脂材料により形成されている。このような光学素子を携帯電話等におけるカメラ部分の光学系の一部として用いる場合、光学素子は薄く形成されていることが求められる。よって、このような光学素子は、例えば、透明基板１０の厚さが約５０μｍ、光吸収部２０における最も厚い部分の厚さが約２５μｍ、光透過部３０における最も薄い部分の厚さが約５μｍであって、光学素子の全体の厚さが約８０μｍとなるように形成されている。なお、本実施の形態においては、可視光とは、波長が４２０ｎｍ～７８０ｎｍの範囲における光を意味するものとする。
　次に、樹脂材料を用いて、図３に示される光学素子を作製する一例について、図４～図６に基づき説明する。
　最初に、図４（ａ）に示すように、光吸収部２０を形成するための金型４０を準備する。この金型４０には、中央部分において高さが２５μｍの凸部４１が形成されている。この凸部４１は、形成される光吸収部２０の凹状の形状に対応した形状のものである。なお、この金型４０は、全体がニッケルやステンレスや銅、樹脂等の材料により形成されており、表面にＮｉＰメッキを施しそれに凹形状を加工してもよい。
　次に、図４（ｂ）に示すように、光吸収部２０を形成するための光吸収性樹脂材料２０ａを滴下させる。この光吸収性樹脂材料２０ａは、紫外線を照射することにより硬化する光硬化性樹脂や熱により硬化する熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂などであって、光を吸収する材料であるチタンブラック及びカーボンブラック等の黒色材料が含まれている。以下では光硬化性樹脂を用いた場合を例に説明する。
　次に、図４（ｃ）に示すように、滴下させた光吸収性樹脂材料２０ａの上に、透明基板１０を載置する。透明基板１０としては、薄型化の観点から、例えばＰＥＴやポリカーボネート、オレフィン系樹脂、ガラスなどが用いられ、厚さは３０μｍから２００μｍ程度であり、加工性や薄型化の観点から約５０μｍ程度が好ましい。
　次に、図４（ｄ）に示すように、透明基板１０が載置されている側より、紫外線（ＵＶ）を照射し、光吸収性樹脂材料２０ａを硬化させ、光吸収部２０を形成する。なお、適宜、樹脂の硬化条件に合わせた紫外線を照射すればよい。
　次に、図５（ａ）に示すように、金型４０より透明基板１０及び光吸収部２０を離型する。これにより、透明基板１０の上に凹状の光吸収部２０が形成される。なお、形成される光吸収部２０には、チタンブラック及びカーボンブラック等の光を吸収する材料が含まれている。このように形成されたものは、図には示されてはいないが、光吸収部２０が形成されている側の表面が光吸収性樹脂材料の硬化収縮によって凹状となるように、透明基板１０が若干反っている場合がある。
　次に、図５（ｂ）に示すように、光吸収部２０において凹状に形成されている部分に、光透過性樹脂材料３０ａを滴下させる。この光透過性樹脂材料３０ａは、光を透過する光硬化性樹脂や熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂が用いられるが、以下では紫外線を照射することにより硬化する光硬化性樹脂を例に説明する。
　次に、図５（ｃ）に示すように、滴下させた光透過性樹脂材料３０ａの上に、離型基板５０を載置する。離型基板５０は、例えば、石英により形成されており、後に剥離等がしやすいように、表面には離型処理がなされている。離型処理材としては、フッ素を含む有機物や無機物を表面処理する方法などがある。
　次に、図５（ｄ）に示すように、離型基板５０より紫外線を照射する。紫外線を照射した後、必要に応じてアニール等の加熱処理を行ってもよい。このように、紫外線を照射することにより、図６（ａ）に示すように、光透過性樹脂材料３０ａは硬化し光透過部３０が形成される。
　この後、図６（ｂ）に示すように、離型基板５０を離型することにより光学素子が作製される。このように形成された光学素子の全体の厚さは約８０μｍである。
　このように作製された光学素子は、光吸収部２０及び光透過部３０は紫外線硬化樹脂により形成されており、硬化する際に収縮するため、図７に示されるように、光吸収部２０及び光透過部３０が形成された面が凹状になるように光学素子が反ってしまう。このように光学素子が反ってしまうと、光学素子を設置するための広い領域を要することから、携帯電話のカメラモジュール等の小型化が求められる装置に用いることは適さない。なお、本実施の形態においては、光吸収性樹脂材料２０ａ及び光透過性樹脂材料３０ａは、ともに収縮率が約６％のものを用いている。
　以上の工程により、実際に光学素子を作製したところ、光透過部３０が形成されている側の表面が、曲率半径Ｒが３．３ｃｍとなる凹状に反っており、この曲率半径Ｒから算出される、この光学素子の素子外形φ６ｍｍの範囲の表面における高低差Ｓは１３７μｍであった。
　なお、本実施の形態においては、光学素子の反りによる曲率半径Ｒまたは高低差Ｓは、は、レーザーや光の干渉を利用した三次元形状測定器（例えば、Ｚｙｇｏ社製ＮｅｗＶｉｅｗ６２００など）を用いて測定することにより得ている。また、光学素子の反りの形状は概ね球面形状に近似できるため、表面における高低差Ｓと、曲率半径Ｒの値とは、下記の（１）に示す式の関係にある。なおここで直径rは高低差Ｓとなる光学素子の直径である。
 
　Ｓ＝Ｒ－｛Ｒ２－（ｒ／２）２｝１／２・・・・・（１）
 
　一般的に、携帯電話のカメラモジュール等の場合では、光学素子の厚さは薄いことが求められる。しかしながら、上記の工程により作製された光学素子の場合では、光学素子の厚さと光学素子の表面における高低差Ｓとの和が、２１７μｍ（８０μｍ＋１３７μｍ）となり、本来あるべき厚みである８０μｍを超えてしまっており、反りを低減することにより高低差Ｓを小さくする必要がある。
　（光学素子）
　次に、本実施の形態における光学素子について説明する。本実施の形態における光学素子は、図８に示されるように、透明基板１０の一方の面には、可視光を吸収する材料により形成された光吸収部２０と、可視光を透過する材料により形成された光透過部３０とが積層されて形成されている。また、透明基板１０における一方の面とは反対側の他方の面には、光を透過する透明樹脂材料により透明樹脂層１１０が形成されている。
　なお、光吸収部２０は、中心部分が凹んだ凹状となっており、光吸収部２０の厚さが中心部分から周辺部分に向かって徐々に増加するように形成されている。このように、中心部分から周辺部分に向けて光吸収部２０の厚さが徐々に厚くなるように形成することにより、中心部分から周辺部分に向けて、光吸収部２０を透過する光の光量を徐々に減少させることができる。即ち、中心部分より周辺部分に向かって光の透過率を徐々に減少させることができる。
　（光吸収部２０）
　本実施の形態における光学素子において、光吸収部２０は、光を透過する透明樹脂材料に光を吸収する吸収材料が添加されているものにより形成される。なお、光吸収部２０を形成するために用いられる後述する液体状の光吸収性樹脂材料２０ａには、透明樹脂材料に吸収材料が添加されているものが含まれている。
　（吸収材料）
　吸収材料としては、アントラキノン系、フタロシアニン系、ベンゾイミダゾロン系、キナクリドン系、アゾキレート系、アゾ系、イソインドリノン系、ピランスロン系、インダンスロン系、アンスラピリミジン系、ジブロモアンザンスロン系、フラバンスロン系、ペリレン系、ペリノン系、キノフタロン系、チオインジゴ系、ジオキサジン系、アニリンブラック、ニグロシンブラック等の有機色素や有機顔料、金、銀、銅、スズ、ニッケル、パラジウムやそれらの合金を用いた金属ナノ粒子、さらに、硫酸バリウム、亜鉛華、硫酸鉛、黄色鉛、ベンガラ、群青、紺青、酸化クロム、鉄黒、鉛丹、硫化亜鉛、カドミウムエロー、カドミウムレッド、亜鉛、マンガン紫、コバルト、マグネタイト、カーボンブラック、カーボンナノチューブ、グラフェン、チタンブラック等の無機顔料を用いることができる。特に、チタンブラックは分散性に優れていることや吸収係数が高いことから好ましい。後述する透明樹脂材料に添加して成型する際に、チタンブラックの添加濃度を低くすることができるため、粘度を低く保つことができる。
　チタンブラックとは、ＴｉＮｘＯｙ（０≦ｘ＜１．５および０．１６＜ｙ＜２）、または（１．０≦ｘ＋ｙ＜２．０および２ｘ＜ｙ）で表される低次酸化チタンの化合物であり、容易にその粒子を得ることができる。光学素子として用いる場合に、ヘイズは小さいことが好ましいことから、本実施の形態において用いられるチタンブラック粒子の平均粒径は１００ｎｍ以下が好ましく、更には、３０ｎｍ以下がより好ましい。ここで、被分散体の粒径とは、有機溶媒中に含まれるチタンブラック粒子の１０万倍拡大画像を透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）にて撮影したＴＥＭ写真における粒子１００個における数平均粒子径を意味する。
　本実施の形態において、粒子を用いる場合には、分散剤を用いてもよく、チタンブラックについても同様である。分散剤は樹脂中に均一分散に分散させるために用いる。分散剤としては、高分子分散剤（アルキルアンモニウムとその塩、酸基を有する共重合物のアルキロールアンモニウム塩、水酸基含有カルボン酸エステル、カルボン酸含有共重合物、アミド基含有共重合物、顔料誘導体やシランカップリング剤）等を挙げることができる。また、分散剤の分子中に樹脂と相互作用する官能基や重合性官能基が存在してもよい。また、これらを単独で使用してもよく、２種類以上組み合わせて使用してもよい。
　透明樹脂材料に添加されるチタンブラックの割合は、０．３質量％以上、１５質量％以下であることが好ましく、より好ましくは０．５質量％から１３質量％である。なお、これは１０μｍにおけるＯＤ値が、０．２以上、４．０以下に相当する。０．３質量％より小さいと所望の透過率を発現させるために１００μｍ以上の膜厚が必要となり、成形が非常に困難となる場合がある。一方、１５質量％より大きいと、単位膜厚当たりの透過率減が大きくなるため、中心部分において残膜がほぼゼロとなることが必須となり、作製が難しくなる。
　チタンブラック以外に他の材料を加えて用いても構わない。特にカーボンブラックは８００ｎｍから３８０ｎｍに向かい透過率が単調に減少し、チタンブラックとは逆の特性を示すため、この両者を組み合わせることにより、透過率の波長依存性を小さくすることができる。
　（透明樹脂材料）
　透明樹脂材料としては、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、シクロオレフィン（ＣＯＰ）などの熱可塑性樹脂や、ポリイミド（ＰＩ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）等の熱硬化性樹脂、アクリルやエポキシなどのエネルギー線硬化性樹脂を用いることができる。熱硬化性樹脂やエネルギー線硬化性樹脂を用いる場合にはオリゴマーやモノマーなどの重合前駆体化合物（以下、重合性化合物とも呼ぶ）の段階で、吸収材料を添加し、その後硬化すればよい。これらの中でも、エネルギー線硬化性樹脂が好ましく用いられる。このような重合性化合物としては、重合反応により硬化して硬化物となるような成分であれば、特に制限なく使用可能である。例えば、ラジカル重合型の硬化性樹脂、カチオン重合型の硬化性樹脂、ラジカル重合型の硬化性化合物（モノマー）が特に制限なく使用可能である。これらの中でも、重合速度や後述する成形性の観点から、ラジカル重合型の硬化性化合物（モノマー）が好ましい。ラジカル重合型の硬化性樹脂としては、（メタ）アクリロイルオキシ基、（メタ）アクリロイルアミノ基、（メタ）アクリロイル基、アリルオキシ基、アリル基、ビニル基、ビニルオキシ基等の炭素－炭素不飽和二重結合を有する基を有する樹脂等が挙げられる。
　本実施の形態においては、重合性化合物は、特に限定されるものではないが、エトキシ化o-フェニルフェノールアクリレート、メタクリル酸2-(パーフルオロヘキシル)エチル、シクロヘキシル（メタ）アクリレート、イソボニル（メタ）アクリレート、トリシクロデカン（メタ）アクリレート、トリシクロデカンメタノール（メタ）アクリレート、トリシクロデカンエタノール（メタ）アクリレート、１－アダマンチルアクリレート、１－アダマンチルメタノールアクリレート、１－アダマンチルエタノールアクリレート、２－メチル－２－アダマンチルアクリレート、２－エチル－２－アダマンチルアクリレート、２－プロピル－２－アダマンチルアクリレートなどの単官能化合物や、9,9-ビス[4-(2-アクリロイルオキシエトキシ)フェニル]フルオレン、ジエチレングリコールジ（メタ）アクリレート、１，３－ブタンジオールジ（メタ）アクリレート、１，４－ブタンジオールジ（メタ）アクリレート、ネオペンチルグリコールジ（メタ）アクリレート、イソボニルジ（メタ）アクリレート、トリシクロデカンジ（メタ）アクリレート、トリシクロデカンジメタノールジ（メタ）アクリレート、トリシクロデカンジエタノールジ（メタ）アクリレート、アダマンタンジアクリレート、アダマンタンジメタノールジアクリレートなどの二官能化合物や、トリメチロールプロパントリ（メタ）アクリレートなどの三官能化合物、ペンタエリスルトールテトラ（メタ）アクリレートなどの四官能化合物、ジペンタエリスルトールヘキサ（メタ）アクリレートなどの六官能化合物等が挙げられる。また、重合性化合物は１種類または２種類以上を含んでいても構わない。単官能化合物のみを用いる場合は、成型後の離型時に凝集破壊を起こす場合があるので、二官能以上の多官能化合物を含むことが好ましい。重合性化合物組中における多官能化合物は１質量％以上、９０質量％以下であることが好ましく、さらに１０質量％以上、８０質量％以下であることが好ましい。多官能化合物の量が１質量％未満の場合は、凝集破壊を改善できる効果が不十分であり、９０質量％を超える場合には、重合後の収縮が大きく問題になる場合がある。
　また、上記の炭素－炭素不飽和二重結合を有する官能基以外にエポキシ基のような開環反応を起こす重合性化合物も用いることができる。特に例示はしないが、この場合にも、単官能化合物のみでは、成型後の離型時に凝集破壊を起こす場合があるので、二官能以上の多官能化合物を含むことが好ましい。重合性化合物組中における多官能化合物は１質量％以上、９０質量％以下であることが好ましく、さらに１０質量％以上、８０質量％以下であることが好ましい。
　（光透過部３０）
　本実施の形態における光学素子において、光透過部３０は、上述した透明樹脂材料により形成されている。なお、光透過部３０を形成するために用いられる後述する液体状の光透過性樹脂材料３０ａには、上述した透明樹脂材料が含まれている。
　（透明樹脂層１１０）
　本実施の形態においては、透明樹脂層１１０は、紫外線を照射することにより硬化する不飽和ポリエステル系、ウレタン－アクリレート系、エポキシ－アクリレート系、ポリエステル－アクリレート系の光硬化型樹脂により形成されている。
　本実施の形態における光学素子においては、透明樹脂層１１０は、透明基板１０の表面を傷から保護するためのハードコート層であってもよい。この場合、ハードコート層を形成する材料は、透明基板１０を形成している材料よりも硬い材料により形成されていることが好ましく、また、鉛筆硬度（ＪＩＳ－Ｋ－５６００　ＪＩＳ－Ｋ－５４００）においてＨ以上であることが好ましい。ハードコート層を形成するための材料としては、アクリル系ＵＶ硬化樹脂、アクリル系樹脂に無機微粒子を分散させたもの等が好ましい。
　また、透明樹脂層１１０は、反射防止膜（ＡＲコート）であってもよい。具体的には、屈折率の低い透明な樹脂材料により形成した膜であってもよく、屈折率の異なる樹脂材料を積層することにより形成した多層膜であってもよい。
　また、透明樹脂層１１０は、帯電防止膜（帯電防止コート）であってもよい。具体的には、スルホン酸塩基を有する長鎖アルキル化合物、主鎖にイオン化された窒素原子を有するポリマー等のイオン導電性の耐電防止剤を塗布することにより形成した膜であってもよい。また、酸化スズ粒子、インジウムやアンチモンをドープした酸化スズ粒子等の導電性材料を含む帯電防止剤を塗布することにより形成した膜であってもよい。
　また、透明樹脂層１１０は、スプレーコート、ディッピング、ロールコート、ダイコート、スピンコート、リバースコート、グラビアコート、ワイヤーバーコート等のコート法により塗布、または、グラビア印刷、スクリーン印刷、オフセット印刷、インクジェット印刷等の印刷法により印刷した後、紫外線照射、または、加熱することにより形成されるものであってもよい。
　（光学素子の製造方法）
　次に、本実施の形態における光学素子の製造方法について、図９～図１１に基づき説明する。
　最初に、図９（ａ）に示すように、透明基板１０の他方の面に、透明樹脂層１１０を形成する。透明樹脂層１１０の形成方法としては、透明基板１０の他方の面に、透明樹脂層１１０を形成するための樹脂材料を塗布し、硬化させること等により形成する。このように樹脂材料を硬化させることにより硬化収縮が生じ、透明基板１０は透明樹脂層１１０が形成されている他方の面が凹状となるように反る。本実施の形態においては、透明樹脂層１１０としては、２μｍのハードコート層が形成されており、これにより光学素子は透明樹脂層１１０が形成されている面が、曲率半径Ｒが９．１３５ｃｍとなる凹状に表面が反る。この曲率半径Ｒより算出されるφが６ｍｍの光学素子の表面における高低差Ｓは、約４９μｍである。なお、透明基板１０としては、例えば、厚さが約５０μｍのＰＥＴフィルム等が用いられる。
　次に、図９（ｂ）に示すように、光吸収部２０を形成するための金型４０を準備する。この金型４０には、中央部分において高さが２５μｍの凸部４１が形成されている。この凸部４１は、形成される光吸収部２０の凹状の形状に対応した形状のものである。なお、この金型４０は、全体がニッケルやステンレスや銅、樹脂等の材料により形成されており、表面にＮｉＰメッキを施しそれに凹形状を加工してもよい。
　次に、図９（ｃ）に示すように、光吸収部２０を形成するための光吸収性樹脂材料２０ａを滴下させる。この光吸収性樹脂材料２０ａは、紫外線を照射することにより硬化する光硬化性樹脂や熱により硬化する熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂などであって、光を吸収する材料であるチタンブラック及びカーボンブラック等の黒色材料が含まれている。以下では光硬化性樹脂を用いた場合を例に説明する。
　次に、図９（ｄ）に示すように、滴下させた光吸収性樹脂材料２０ａの上に、透明基板１０を載置する。この際、透明基板１０は、透明樹脂層１１０が形成されている他方の面とは反対側の一方の面が、滴下させた光吸収性樹脂材料２０ａの側となるように載置する。透明基板１０としては、薄型化の観点から、例えばＰＥＴやポリカーボネート、オレフィン系樹脂、ガラスなどが用いられ、厚さは３０μｍから２００μｍ程度であり、加工性や薄型化の観点から約５０μｍ程度が好ましい。
　次に、図１０（ａ）に示すように、透明基板１０が載置されている側より、紫外線（ＵＶ）を照射し、光吸収性樹脂材料２０ａを硬化させ、光吸収部２０を形成する。なお、適宜、樹脂の硬化条件に合わせた紫外線を照射すればよい。
　次に、図１０（ｂ）に示すように、金型４０より透明基板１０及び光吸収部２０を離型する。これにより、透明基板１０の上に凹状の光吸収部２０が形成される。なお、形成される光吸収部２０には、チタンブラック及びカーボンブラック等の光を吸収する材料が含まれている。このように形成されたものは、図には示されていないが、光吸収部２０が形成されている側の表面が光吸収性樹脂材料の硬化収縮によって凸状となるように、透明基板１０が若干反っている場合がある。
　次に、図１０（ｃ）に示すように、光吸収部２０において凹状に形成されている部分に、光透過性樹脂材料３０ａを滴下させる。この光透過性樹脂材料３０ａは、光を透過する光硬化性樹脂や熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂が用いられるが、以下では紫外線を照射することにより硬化する光硬化性樹脂を例に説明する。
　次に、図１０（ｄ）に示すように、滴下させた光透過性樹脂材料３０ａの上に、離型基板５０を載置する。離型基板５０は、例えば、石英により形成されており、後に剥離等がしやすいように、表面には離型処理がなされている。離型処理材としては、フッ素を含む有機物や無機物を表面処理する方法などがある。
　次に、図１１（ａ）に示すように、離型基板５０より紫外線を照射する。紫外線を照射した後、必要に応じてアニール等の加熱処理を行ってもよい。
　このように、紫外線を照射することにより、図１１（ｂ）に示すように、光透過性樹脂材料３０ａは硬化し光透過部３０が形成される。
　この後、図１１（ｃ）に示すように、離型基板５０を離型することにより光学素子が作製される。このように形成された光学素子の全体の厚さは約８２μｍである。
　本実施の形態における光学素子においては、光学素子の一方の面には紫外線硬化樹脂により光吸収部２０及び光透過部３０が形成されており、硬化する際に収縮するため、光吸収部２０及び光透過部３０が形成された面が凹状になるような応力が発生するが、他方の面には紫外線硬化樹脂により透明樹脂層１１０が形成されているため、これにより生じた応力により相殺され、図８に示すような反りのない光学素子、または、反りの小さな光学素子を得ることができる。なお、光学素子の保護、反射防止、帯電防止の観点から、光透過部３０の上にも、透明樹脂層１１０と同様の透明樹脂層が、同様の方式により形成される場合があるが、反りの観点からは光学素子の反りを増大することになるため、好ましくない。
　したがって、本実施の形態においては、図７に示されるような透明樹脂層１１０が形成されていない場合と比べて、光学素子における表面の反りを小さくすることができ、光学素子の表面における高低差Ｓを小さくすることができる。よって、本実施の形態における光学素子は、携帯電話のカメラモジュール等に用いることに適するものとなる。なお、本実施の形態においては、光吸収性樹脂材料２０ａ及び光透過性樹脂材料３０ａは、ともに収縮率が６％のものを用いている。
　（本実施の形態における光学素子の高低差Ｓ）
　次に、本実施の形態における光学素子の高低差Ｓについて説明する。ところで、光学素子における反りは、樹脂材料により形成されている層を硬化させる際に、硬化収縮が生じ収縮応力により残留応力として引張応力が生じることにより発生する。これにより光学素子において樹脂材料により形成されている層が形成される面が凹状となるような反りが発生する。応力と反り（曲率半径Ｒ）との関係は数１に示すStoneyの式により表わされる。なお、数１に示される式において、Ｒは曲率半径、Ｅは基板のヤング率、γは基板のポアソン比、ｔｓは基板の厚さ、ｔｆは基板に形成される膜の厚さ、σは応力である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　数１に示される式は、ｔｆ＜＜ｔｓの場合に成り立つものであり、応力σは樹脂材料により形成される膜の膜厚が薄い場合における応力である。樹脂材料により形成された膜全体における収縮応力は、樹脂材料における収縮率に比例し、樹脂材料により形成された膜の膜厚に比例するものと考えられる。したがって、これらと曲率半径Ｒとの関係は、Ｒ∝１／（樹脂材料の収縮率）、Ｒ∝１／（樹脂材料により形成された膜の膜厚）の関係にある。よって、基板の両面に樹脂材料により膜を形成した場合には、各々の膜により生じた応力は相殺されるため、反りも相殺される。
　基板を透明基板１０とし、透明基板１０の一方の面に光吸収部２０及び光透過部３０を形成し、他方の面に透明樹脂層１１０を形成した場合、透明基板１０の一方の面に光吸収部２０及び光透過部３０を形成することにより生じた反りによる曲率半径をＲ１とし、透明基板１０の他方の面に透明樹脂層１１０を形成することにより生じた反りによる曲率半径をＲ２とすると、透明基板１０における反りによる曲率半径Ｒは、数２に示される式となる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　本実施の形態における光学素子において、上記より、曲率半径Ｒ１が３．３ｃｍであり、曲率半径Ｒ２が９．１３５であるとした場合、数２に示される式より、曲率半径Ｒは５．１６６ｃｍとなる。この曲率半径Ｒに基づき、上記の（１）に示される式より、φ６ｍｍにおける光学素子の表面の反りによる高低差Ｓを算出すると、高低差Ｓは８７．１μｍとなる。したがって、この光学素子においては、光学素子の厚さと光学素子の表面における高低差Ｓとの和は、１６９．１μｍとなり、光学素子の厚さと光学素子の表面における高低差Ｓとの和を約２０％低減することができる。
　例えば、透明樹脂層１１０が形成されていない光学素子に対し、反りを１０％以上低減する場合には、光吸収部２０及び光透過部３０による残留応力の絶対値をＺ１、透明樹脂層１１０による残留応力の絶対値をＺ２とすると、下記の（２）及び（３）に示される式を満たしていることが求められる。
 
　０．１×Ｚ１＜Ｚ２・・・・・・・・・・・・・（２）
　Ｚ２＜１．９×Ｚ１・・・・・・・・・・・・・（３）
 
　ここで、
 
　Ｚ１＜Ｚ２＜１．９×Ｚ１・・・・・・・・・・（４）
 
　上記の（４）に示される式を満たす範囲では、本実施の形態の光学素子は、透明樹脂層１１０が形成される面が凹状となるような反りが生じることとなり、透明樹脂層１１０が形成されていない場合の光学素子の反りの方向とは反対の反りとなる。反りの低減の観点からは、光学素子の反り方向が反対になっていてもなんら問題はないが、小さい残留応力で反りを低減し、反りのない平らな状態に近づけることが好ましいことから、上記の（２）と下記の（５）に示される式の範囲を満たしていることが好ましい。
 
　Ｚ２≦Ｚ１・・・・・・・・・・・・・・・・・（５）
 
　ここで、光吸収部２０と光透過部３０との膜厚の和をｔ１とし、透明樹脂層１１０の膜厚をｔ２とし、光吸収部２０及び光透過部３０を形成している樹脂材料の収縮率をＳ１とし、透明樹脂層１１０を形成している樹脂材料の収縮率をＳ２とした場合、前述したように、樹脂材料により形成された膜全体における収縮応力は、樹脂材料における収縮率に比例し、樹脂材料により形成された膜の膜厚に比例するものと考えられるため、上記の（２）に示される式より下記の（６）に示される式を導くことができ、上記の（５）に示される式より下記の（７）に示される式を導くことができる。
 
　０．１×Ｓ１×ｔ１＜Ｓ２×ｔ２・・・・・・・（６）
　Ｓ２×ｔ２≦Ｓ１×ｔ１・・・・・・・・・・・（７）
 
　また、光吸収部２０、光透過部３０、透明樹脂層１１０を形成するために用いられる樹脂材料はアクリル系樹脂であるものとした場合、一般的に、アクリル系樹脂における収縮率は、２～１０％である。よって、Ｓ１及びＳ２は２～１０％となるものと考えられる。
　上記の（６）に示す式において、Ｓ１が最低でＳ２が最高となる場合と、Ｓ１が最高でＳ２が最低となる場合、即ち、Ｓ１が２％、Ｓ２が１０％の場合には、下記の（８）に示す式となり、Ｓ１が１０％、Ｓ２が２％の場合には、下記の（９）に示す式となる。なお、Ｓ１とＳ２とが等しい場合には、下記の（１０）に示す式となる。
 
　０．１×２％×ｔ１＜１０％×ｔ２
　０．０２×ｔ１＜ｔ２・・・・・・・・・・・（８）
 
　０．１×１０％×ｔ１＜２％×ｔ２
　０．５×ｔ１＜ｔ２・・・・・・・・・・・・（９）
 
　０．１×ｔ１＜ｔ２・・・・・・・・・・・・（１０）
 
　また、上記の（７）に示す式において、Ｓ１が最低でＳ２が最高となる場合と、Ｓ１が最高でＳ２が最低となる場合、即ち、Ｓ１が２％、Ｓ２が１０％の場合には、下記の（１１）に示す式となり、Ｓ１が１０％、Ｓ２が２％の場合には、下記の（１２）に示す式となる。なお、Ｓ１とＳ２とが等しい場合には、下記の（１３）に示す式となる。
 
　１０％×ｔ２≦２％×ｔ１
　ｔ２≦０．２×ｔ１・・・・・・・・・・・・（１１）
 
　２％×ｔ２≦１０％×ｔ１
　ｔ２≦５×ｔ１・・・・・・・・・・・・・・（１２）
 
　ｔ２≦ｔ１・・・・・・・・・・・・・・・・（１３）
 
　したがって、光吸収部２０、光透過部３０、透明樹脂層１１０を形成するために用いられる樹脂材料はアクリル系樹脂であるものとした場合におけるｔ１とｔ２との関係は、最も広い場合には、下記の（１４）に示す式となる。
 
　０．０２×ｔ１＜ｔ２≦５×ｔ１・・・・・・（１４）
 
　次に、本実施の形態における実施例について、表１に基づき説明する。尚、反り量の欄における符号は、符号が正の場合が、光吸収部２０及び光透過部３０が形成されている面が凹となる反りである。
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
 　（例１）
　例１における光学素子は、比較例に相当するものであり、透明基板１０の一方の面には光吸収部２０及び光透過部３０は形成されているが、他方の面には透明樹脂層１１０が形成されていない光学素子である。具体的には、厚さ５０μｍのＰＥＴにより形成された透明基板１０の一方の面には厚さｔ１が３０μｍの光吸収部２０及び光透過部３０が形成されているが、他方の面には透明樹脂層が形成されていない光学素子である。このような例１における光学素子のφ６ｍｍにおける反り量は１３７μｍであった。尚、例１における光学素子においては、透明基板１０となる基板にルミラーＵ３２（東レ株式会社製）を用いた。
　（例２）
　例２における光学素子は、本実施の形態における実施例に相当するものであり、透明基板１０の一方の面に光吸収部２０及び光透過部３０は形成されており、他方の面に透明樹脂層１１０が形成されている光学素子である。具体的には、厚さ５０μｍのＰＥＴにより形成された透明基板１０の一方の面には厚さｔ１が３０μｍの光吸収部２０及び光透過部３０が形成されており、他方の面には厚さｔ２が５μｍの透明樹脂層１１０が形成されている光学素子である。よって、ｔ２／ｔ１の値は、０．１７となる。このような例２における光学素子のφ６ｍｍにおける反り量は４１μｍであり、例１における光学素子に対する反り低減量は７０％であった。尚、例２における光学素子においては、ＫＢフィルム５０Ｇ１ＳＢＦ（株式会社きもと製）を用いており、透明基板１０の他方の面にはハードコートとして機能する透明樹脂層１１０が形成されている。この基板単体のφ６ｍｍにおける反り量は－９７μｍであり、曲率半径は４．７ｃｍであった。
　（例３）
　例３における光学素子は、本実施の形態における実施例に相当するものであり、透明基板１０の一方の面に光吸収部２０及び光透過部３０は形成されており、他方の面に透明樹脂層１１０が形成されている光学素子である。具体的には、厚さ５０μｍのＰＥＴにより形成された透明基板１０の一方の面には厚さｔ１が３０μｍの光吸収部２０及び光透過部３０が形成されており、他方の面には厚さｔ２が１μｍの透明樹脂層１１０が形成されている光学素子である。よって、ｔ２／ｔ１の値は、０．０３となる。このような例３における光学素子のφ６ｍｍにおける反り量は４４μｍであり、例１における光学素子に対する反り低減量は６８％であった。尚、例３における光学素子においては、ＬＲ５０－ＷＣ（尾池工業株式会社製）を用いており、透明基板１０の他方の面には反射防止膜として機能する透明樹脂層１１０が形成されている。この基板単体のφ６ｍｍにおける反り量は－９３μｍであり、曲率半径は４．８ｃｍであった。
　（例４）
　例４における光学素子は、本実施の形態における実施例に相当するものであり、透明基板１０の一方の面に光吸収部２０及び光透過部３０は形成されており、他方の面に透明樹脂層１１０が形成されている光学素子である。具体的には、厚さ５０μｍのＰＥＴにより形成された透明基板１０の一方の面には厚さｔ１が３０μｍの光吸収部２０及び光透過部３０が形成されており、他方の面には厚さｔ２が２μｍの透明樹脂層１１０が形成されている光学素子である。よって、ｔ２／ｔ１の値は、０．０７となる。このような例４における光学素子のφ６ｍｍにおける反り量は８８μｍであり、例１における光学素子に対する反り低減量は３６％であった。尚、例４における光学素子においては、東洋包材株式会社製のフィルムを用いており、透明基板１０の他方の面にはハードコートとして機能する透明樹脂層１１０が形成されている。この基板単体のφ６ｍｍにおける反り量は－４９μｍであり、曲率半径は９．１３５ｃｍであった。
　以上のように、本実施の形態における光学素子である例２から例４における光学素子は、いずれも上述した（１４）に示される式の条件を満たしており、光学素子における反り量を低減させることができる。
　〔第２の実施の形態〕
　（光学素子）
　次に、第２の実施の形態における光学素子について説明する。本実施における光学素子は、図１２に示されるように、透明基板１０の一方の面には、可視光を吸収する材料により形成された光吸収部２０と、可視光を透過する材料により形成された光透過部３０とが積層されて形成されており、光透過部３０の上に、圧縮応力を有する透明膜１２０が形成されている構造のものである。透明膜１２０は、例えば、反射防止膜や表面を傷から保護するためのハードコート機能、帯電防止機能等の機能を単独または複数有しており、真空蒸着やスパッタリングによる成膜により形成されている。透明膜１２０は、可視光を透過する材料により形成されており、ＳｉＯ２（酸化シリコン）、Ｔａ２Ｏ５（五酸化タンタル）、ＴｉＯ２（酸化チタン）、ＺｒＯ２（ジルコニア）、ＨｆＯ２（酸化ハフニウム）、ＭｇＦ２（フッ化マグネシウム）等の無機材料により形成されている。特に、透明膜１２０がＳｉＯ２またはＳｉＯ２を含む膜により形成されている場合には、透明膜１２０には圧縮応力が発生しやすい。なお、透明膜１２０が反射防止膜である場合には、上記材料のうち、屈折率の異なる２種類の材料を交互に積層して形成する。また、帯電防止機能を発現するには、酸化スズ、インジウムやアンチモンをドープした酸化スズなどの導電性材料により形成されている。
　本実施の形態における光学素子においては、真空蒸着やスパッタリングにおける成膜条件や透明膜１２０を形成する材料により、圧縮応力を有する透明膜１２０を形成することができる。このように、透明膜１２０が圧縮応力を有しているため、光吸収部２０及び光透過部３０における引張応力と相殺されて、反りのない光学素子、または、反りの少ない光学素子を形成することができる。
　（光学素子の製造方法）
　次に、本実施の形態における光学素子の製造方法について、図１３～図１５に基づき説明する。
　最初に、図１３（ａ）に示すように、光吸収部２０を形成するための金型４０を準備する。この金型４０には、中央部分において高さが２５μｍの凸部４１が形成されている。この凸部４１は、形成される光吸収部２０の凹状の形状に対応した形状のものである。なお、この金型４０は、全体がニッケルやステンレスや銅、樹脂等の材料により形成されており、表面にＮｉＰメッキを施しそれに凹形状を加工してもよい。
　次に、図１３（ｂ）に示すように、光吸収部２０を形成するための光吸収性樹脂材料２０ａを滴下させる。この光吸収性樹脂材料２０ａは、紫外線を照射することにより硬化する光硬化性樹脂や熱により硬化する熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂などであって、光を吸収する材料であるチタンブラック及びカーボンブラック等の黒色材料が含まれている。以下では光硬化性樹脂を用いた場合を例に説明する。
　次に、図１３（ｃ）に示すように、滴下させた光吸収性樹脂材料２０ａの上に、透明基板１０を載置する。透明基板１０としては、薄型化の観点から、例えばＰＥＴやポリカーボネート、オレフィン系樹脂、ガラスなどが用いられ、厚さは３０μｍから２００μｍ程度であり、加工性や薄型化の観点から約５０μｍ程度が好ましい。
　次に、図１３（ｄ）に示すように、透明基板１０が載置されている側より、紫外線（ＵＶ）を照射し、光吸収性樹脂材料２０ａを硬化させ、光吸収部２０を形成する。なお、適宜、樹脂の硬化条件に合わせた紫外線を照射すればよい。
　次に、図１４（ａ）に示すように、金型４０より透明基板１０及び光吸収部２０を離型する。これにより、透明基板１０の上に凹状の光吸収部２０が形成される。なお、形成される光吸収部２０には、チタンブラック及びカーボンブラック等の光を吸収する材料が含まれている。このように形成されたものは、図には示されてはいないが、光吸収部２０が形成されている側の表面が光吸収性樹脂材料の硬化収縮によって凹状となるように、透明基板１０が若干反っている場合がある。
　次に、図１４（ｂ）に示すように、光吸収部２０において凹状に形成されている部分に、光透過性樹脂材料３０ａを滴下させる。この光透過性樹脂材料３０ａは、光を透過する光硬化性樹脂や熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂が用いられるが、以下では紫外線を照射することにより硬化する光硬化性樹脂を例に説明する。
　次に、図１４（ｃ）に示すように、滴下させた光透過性樹脂材料３０ａの上に、離型基板５０を載置する。離型基板５０は、例えば、石英により形成されており、後に剥離等がしやすいように、表面には離型処理がなされている。離型処理材としては、フッ素を含む有機物や無機物を表面処理する方法などがある。
　次に、図１４（ｄ）に示すように、離型基板５０より紫外線を照射する。紫外線を照射した後、必要に応じてアニール等の加熱処理を行ってもよい。
　このように、紫外線を照射することにより、図１５（ａ）に示すように、光透過性樹脂材料３０ａは硬化し光透過部３０が形成される。
　次に、図１５（ｂ）に示すように、離型基板５０を離型することにより光学素子が作製される。この状態においては、透明基板１０は、光透過部３０が形成されている表面が凹状となるように反っている。
　次に、図１５（ｃ）に示すように、光透過部３０の上に、スパッタリング等により酸化シリコンと酸化チタンとを所定の膜厚ごとに交互に積層形成することにより、透明膜１２０である反射防止膜を形成する。このように形成された透明膜１２０である反射防止膜には圧縮応力が生じているため、光吸収部２０及び光透過部３０における引張応力と相殺され、反りのない光学素子、または、反りの少ない光学素子となる。
　なお、上記以外の内容については、第１の実施の形態と同様である。
　〔第３の実施の形態〕
　（光学素子）
　次に、第３の実施の形態における光学素子について説明する。本実施における光学素子は、図１６に示されるように、透明基板１０の一方の面には、可視光を透過する材料により透明中間膜１３０が形成されており、この透明中間膜１３０の上に、可視光を吸収する材料により形成された光吸収部２０と、可視光を透過する材料により形成された光透過部３０とが積層されて形成されている構造のものである。透明中間膜１３０は、圧縮応力を有しており、例えば、真空蒸着やスパッタリングによる成膜により形成されたＳｉＯ２（酸化シリコン）等により形成されている。透明中間膜１３０は第２の実施の形態の透明膜１２０を形成する材料より形成されていてもよい。
　本実施の形態における光学素子においては、透明中間膜１３０が圧縮応力を有しているため、光吸収部２０及び光透過部３０における引張応力と相殺されて、反りのない光学素子、または、反りの少ない光学素子を形成することができる。
　（光学素子の製造方法）
　次に、本実施の形態における光学素子の製造方法について、図１７～図１９に基づき説明する。
　最初に、図１７（ａ）に示すように、透明基板１０の一方の面に、透明中間膜１３０を形成する。透明中間膜１３０の形成方法としては、透明基板１０の一方の面に、スパッタリング等により酸化シリコンを成膜することにより形成する。このように形成された透明中間膜１３０は圧縮応力を有しているため、透明中間膜１３０が形成されている面が凸状となるように透明基板１０が反る。なお、透明基板１０としては、薄型化の観点から、例えばＰＥＴやポリカーボネート、オレフィン系樹脂、ガラスなどが用いられ、厚さは３０μｍから２００μｍ程度であり、加工性や薄型化の観点から約５０μｍ程度が好ましい。
　次に、図１７（ｂ）に示すように、光吸収部２０を形成するための金型４０を準備する。この金型４０には、中央部分において高さが２５μｍの凸部４１が形成されている。この凸部４１は、形成される光吸収部２０の凹状の形状に対応した形状のものである。なお、この金型４０は、全体がニッケルやステンレスや銅、樹脂等の材料により形成されており、表面にＮｉＰメッキを施しそれに凹形状を加工してもよい。
　次に、図１７（ｃ）に示すように、光吸収部２０を形成するための光吸収性樹脂材料２０ａを滴下させる。この光吸収性樹脂材料２０ａは、紫外線を照射することにより硬化する光硬化性樹脂や熱により硬化する熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂などであって、光を吸収する材料であるチタンブラック及びカーボンブラック等の黒色材料が含まれている。以下では光硬化性樹脂を用いた場合を例に説明する。
　次に、図１７（ｄ）に示すように、滴下させた光吸収性樹脂材料２０ａの上に、透明中間膜１３０が形成されている一方の面が滴下させた光吸収性樹脂材料２０ａの側となるように、透明基板１０を載置する。
　次に、図１８（ａ）に示すように、透明基板１０が載置されている側より、紫外線（ＵＶ）を照射し、光吸収性樹脂材料２０ａを硬化させ、光吸収部２０を形成する。なお、適宜、樹脂の硬化条件に合わせた紫外線を照射すればよい。
　次に、図１８（ｂ）に示すように、金型４０より透明基板１０及び光吸収部２０を離型する。これにより、透明基板１０の上に凹状の光吸収部２０が形成される。なお、形成される光吸収部２０には、チタンブラック及びカーボンブラック等の光を吸収する材料が含まれている。このように形成されたものは、図には示されていないが、光吸収部２０が形成されている側の表面が光吸収性樹脂材料の硬化収縮によって凸状となるように、透明基板１０が若干反っている場合がある。
　次に、図１８（ｃ）に示すように、光吸収部２０において凹状に形成されている部分に、光透過性樹脂材料３０ａを滴下させる。この光透過性樹脂材料３０ａは、光を透過する光硬化性樹脂や熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂が用いられるが、以下では紫外線を照射することにより硬化する光硬化性樹脂を例に説明する。
　次に、図１８（ｄ）に示すように、滴下させた光透過性樹脂材料３０ａの上に、離型基板５０を載置する。離型基板５０は、例えば、石英により形成されており、後に剥離等がしやすいように、表面には離型処理がなされている。離型処理材としては、フッ素を含む有機物や無機物を表面処理する方法などがある。
　次に、図１９（ａ）に示すように、離型基板５０より紫外線を照射する。紫外線を照射した後、必要に応じてアニール等の加熱処理を行ってもよい。
　このように、紫外線を照射することにより、図１９（ｂ）に示すように、光透過性樹脂材料３０ａは硬化し光透過部３０が形成される。
　次に、図１９（ｃ）に示すように、離型基板５０を離型することにより本実施の形態における光学素子が作製される。このように作製された光学素子では、透明基板１０の一方の面に形成された透明中間膜１３０には圧縮応力が生じているため、光吸収部２０及び光透過部３０における引張応力と相殺され、反りのない光学素子、または、反りの少ない光学素子となる。
　なお、上記以外の内容については、第１の実施の形態と同様である。
〔第４の実施の形態〕
　次に、第４の実施に形態について説明する。本実施の形態は、第１から第３の実施の形態における光学素子を用いた撮像装置である。本実施の形態における撮像装置は、スマートフォンや携帯電話等の携帯可能な通信機能を有する電子機器に搭載される撮像装置である。
　具体的には、図２０に示されるように、本実施の形態における撮像装置は、スマートフォン２１０において、メインカメラ２１１やサブカメラ２１２として搭載されるものである。本実施の形態においては、スマートフォン２１０における表示画面２１３が設けられている面とは反対側の面にメインカメラ２１１が搭載され、表示画面２１３が設けられている面にサブカメラ２１２が搭載されている。なお、図２０（ａ）は、スマートフォン２１０の背面側の斜視図であり、図２０（ｂ）は、スマートフォン２１０の表示画面２１３側の斜視図である。
　本実施の形態における撮像装置であるメインカメラ２１１やサブカメラ２１２は、図２１に示されるように、光学系２２０、オートフォーカスユニット２３１、撮像素子であるイメージセンサ２３２、基板２３３、フレキシブル基板２３４等を有している。光学系２２０はオートフォーカスユニット２３１に搭載されており、オートフォーカスユニット２３１により光学系２２０の動きが制御され、オートフォーカス動作がなされる。撮像素子であるイメージセンサ２３２は、ＣＭＯＳセンサ等により形成されており、イメージセンサ２３２において、光学系２２０を介して入射した光による画像が検出される。
　光学系２２０は、図２２に示されるように、第１の実施の形態における光学素子２００、第１のレンズ２２１、第２のレンズ２２２、第３のレンズ２２３、第４のレンズ２２４、赤外線カットフィルタ２２５を有している。
　この光学系２２０では、光学素子２００より入射した光は、第１のレンズ２２１、第２のレンズ２２２、第３のレンズ２２３、第４のレンズ２２４、赤外線カットフィルタ２２５を介し、イメージセンサ２３２に入射する。
　以上、実施の形態について詳述したが、特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された範囲内において、種々の変形及び変更が可能である。
　本国際出願は、２０１２年１２月１７日に出願された日本国特許出願２０１２－２７４９５６号に基づく優先権を主張するものであり、日本国特許出願２０１２－２７４９５６号の全内容を本国際出願に援用する。
１０　　　　透明基板
２０　　　　光吸収部
２０ａ　　　光吸収性樹脂材料
３０　　　　光透過部
３０ａ　　　光透過性樹脂材料
１１０　　　透明樹脂層
１２０　　　透明膜
１３０　　　透明中間膜
２００　　　光学素子
２１０　　　スマートフォン
２１１　　　メインカメラ
２１２　　　サブカメラ
２１３　　　表示画面
２２０　　　光学系
２２１　　　第１のレンズ
２２２　　　第２のレンズ
２２３　　　第３のレンズ
２２４　　　第４のレンズ
２２５　　　赤外線カットフィルタ
２３１　　　オートフォーカスユニット
２３２　　　イメージセンサ
２３３　　　基板
２３４　　　フレキシブル基板
 
 
 
 
 

Claims (14)

  1. 　中心部分から周辺部分に向かって、光の透過率が単調に減少する光学素子において、
    　透明基板の一方の面に、可視光の一部または全部を吸収する材料により形成されており、中心部分から周辺部分に向かって厚さが単調に増加する光吸収部と、
    　可視光を透過する材料により形成されており、前記光吸収部に積層されている光透過部と、
    　前記透明基板の他方の面に、可視光を透過する材料により形成された透明樹脂層と、
    　を有し、
    　前記光吸収部、前記光透過部及び前記透明樹脂層は、すべて樹脂材料により形成されていることを特徴とする光学素子。
  2. 　前記光吸収部と前記光透過部との膜厚の和をｔ１とし、前記透明樹脂層の膜厚をｔ２とした場合、
    　０．０２×ｔ１＜ｔ２≦５×ｔ１
    　であることを特徴とする請求項１に記載の光学素子。
  3. 　前記透明樹脂層は、ハードコート層、反射防止膜、帯電防止膜のうちの少なくともいずれか一つを含むことを特徴とする請求項１または２に記載の光学素子。
  4. 　前記光吸収部、前記光透過部及び前記透明樹脂層は、すべて引張応力を有するものであることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の光学素子。
  5. 　中心部分から周辺部分に向かって、光の透過率が単調に減少する光学素子において、
    　透明基板の一方の面に、可視光の一部または全部を吸収する材料により形成されており、中心部分から周辺部分に向かって厚さが単調に増加する光吸収部と、
    　可視光を透過する材料により形成されており、前記光吸収部に積層されている光透過部と、
    　前記光透過部の上に、可視光を透過する材料により形成された透明膜と、
    　を有し、
    　前記光吸収部及び前記光透過部は、樹脂材料により形成されており、
    　前記透明膜は、無機材料により形成されていることを特徴とする光学素子。
  6. 　前記光吸収部及び前記光透過部は引張応力を有しており、
    　前記透明膜は圧縮応力を有するものであることを特徴とする請求項５に記載の光学素子。
  7. 　前記透明膜は、一層の反射防止膜、または、屈折率の異なる材料を交互に積層することにより形成された反射防止膜であることを特徴とする請求項５または６に記載の光学素子。
  8. 　前記透明膜は、真空蒸着またはスパッタリングにより形成されたものであることを特徴とする請求項５から７のいずれかに記載の光学素子。
  9. 　中心部分から周辺部分に向かって、光の透過率が単調に減少する光学素子において、
    　透明基板の一方の面に、可視光を透過する材料により形成された透明中間膜と、
    　前記透明中間膜の上に、可視光の一部または全部を吸収する材料により形成されており、中心部分から周辺部分に向かって厚さが単調に増加する光吸収部と、
    　可視光を透過する材料により形成されており、前記光吸収部に積層されている光透過部と、
    　を有し、
    　前記光吸収部及び前記光透過部は、樹脂材料により形成されており、
    　前記透明中間膜は、無機材料により形成されていることを特徴とする光学素子。
  10. 　前記光吸収部及び前記光透過部は引張応力を有しており、
    　前記透明中間膜は圧縮応力を有するものであることを特徴とする請求項９に記載の光学素子。
  11. 　前記透明中間膜は、真空蒸着またはスパッタリングにより形成されたものであることを特徴とする請求項９または１０に記載の光学素子。
  12. 　請求項１から１１のいずれかに記載の光学素子と、
    　レンズと、
    　を有することを特徴とする光学系。
  13. 　請求項１から１１のいずれかに記載の光学素子と、
    　レンズと、
    　撮像素子と、
    　を有することを特徴とする撮像装置。
  14. 　携帯可能な通信機能を有する電子機器に搭載されるものであることを特徴とする請求項１３に記載の撮像装置。
     
     
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